JPH065535Y2 - 空調用製氷装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、零℃以下に冷却された過冷却水から微細な氷
を連続的に析出させて氷−水スラリーを製造し，これを
冷房用の冷熱源として蓄えるようにする空調用製氷装置
に関する。

〔考案の背景〕

空調用蓄熱水槽に氷を蓄えることによって冷熱を潜熱の
形態で蓄熱するいわゆる氷蓄熱方式には製氷法の相違に
より蓄える氷の形態がソリッド状（氷塊状）のものとリ
キッド状（微細な氷が水に懸濁した状態）のものがあ
る。両者の方式にはそれぞれ得失があるが，後者のいわ
ゆるシャーベット状の氷−水スラリーを蓄熱水槽に蓄え
る方式として，出願人は既に特願昭62-47770号，特願昭
62-62681号，特願昭62-102994号，特願昭62-228800号，
特願昭62-245930号，実願昭62-30383号，実願昭62-1811
76〜８号，実願昭62-192012等において，零度℃以下に
冷却された過冷却水を連続流れとして製造し，この連続
流れの過冷却水の過冷却状態を瞬時に解除することによ
って微細な氷が分散した蓄熱に適したリキッドアイスを
製造する発明考案を提案した。

また本考案者らは，特願昭62-271922号において，水と
接触する管壁温度が−5.8℃以下とはならない温度（た
だし零度℃以下）に伝熱管を冷却すれな，水流のレイノ
ルズ数（つまり流速や管径），冷却される前の水温，冷
却後の水温等とは無関係に過冷却水が連続的に製造でき
ることを明らかにした。

水冷却器で過冷却水を連続して作り，この過冷却水の連
続流れから微細な氷を析出させて蓄熱水槽で蓄える場合
に，水冷却器の伝熱管から過冷却水を一たん大気中に吐
出させ，その落液過程または流れ過程でその過冷却状態
を解除することが有利である。すなわち、過冷却水の連
続流れから氷−水スラリ−の連続流れに瞬時に変換する
のである。このための装置を過冷却状態解除装置と呼
ぶ。

この装置において，過冷却状態が良好に解除されないま
ま蓄熱水槽に供給されると，蓄熱水槽内の水を水冷却器
に循環したり負荷側の熱交換器に循環したりするさい
に，その管路内で凍結を起こす原因となる。したがっ
て，過冷却水の連続流れからその過冷却状態が完全に解
除された氷−水スラリーを製造できる過冷却状態解除装
置が必要となる。しかも，この装置は，氷が氷塊に成長
して流れを止めたりすることのないようなものでなけれ
ばならない。

〔考案の目的〕

本考案の目的は，このような過冷却状態解除装置に要求
される機能を簡単な構成によって達成しシャーベット状
氷蓄熱に必要な氷−水スラリーを過冷却水から安定して
製造できる装置を提供することにある。

〔考案の要旨〕

前記の目的を達成せんとする本考案の要旨とするところ
は，水がその中を通水する伝熱管を管外壁から冷却する
ようにした水冷却器を水槽水面より上方に設置し，該伝
熱管の吐出口をほぼ横方向に向けて大気に開放すると共
に該水槽の水を前記伝熱管に連続供給する給路を形成
し，伝熱管の内壁温度を０℃以下で且つ−5.8℃以上の
温度に維持することによって該吐出口より零度℃以下の
過冷却水をほぼ水平方向に連続的に吐出させる構成と
し，この過冷却水の吐出流を途中で遮る邪魔板とこの邪
魔板から跳ね返る飛沫が伝熱管側に飛翔するのを遮るた
めの防護板とからなる過冷却状態解除装置を前記水槽の
水面より上に設置してなる空調用製氷装置である。

以下に図面の実施例に従って本考案の内容を具体的に説
明する。

〔実施例〕 第１図は本考案に従う空調用製氷装置の全体例を示した
ものであり，特に冷房シーズンにおいて水槽１内にシャ
ーベット状の氷を蓄えることによって大量の冷熱を蓄え
るようにしたものである。製氷は例えば夜間電力を利用
して行ない，蓄えられた冷熱（つまり零℃近辺の水）が
建物内の空気調和器群Ｅ等に循環供給される。第１図に
おいて１は水槽，２は水冷却器であり，水槽１内の水は
循環ポンプ３によって水冷却器２に供給される。すなわ
ち，循環ポンプ３によって水槽１内の水の一部が水供給
管路４を経て水冷却器２に連続供給され，ここで零度℃
以下に冷却された過冷却水の連続流れが製造される。図
示の例では水冷却器２は多数本の伝熱管５の内側に水を
通水するようにしたシエルアンドチューブ型熱交換器が
使用されている。すなわち，シエル６内を仕切り壁7,8
で仕切って冷却室９を構成し，この冷却室９内に多数本
の伝熱管５を貫通させ，この伝熱管５内に通水すると共
に管外の冷却室９に冷媒を供給して管内を連続通水する
水を零℃以下に冷却する。そのさい，冷却室９をヒート
ポンプの蒸発器として機能させるように冷凍サイクルを
構成する。すなわち，圧縮機10，凝縮器11，膨張弁12お
よび該冷却室９の蒸発器との間を冷媒配管し，冷却室９
で蒸発する冷媒の圧を一定に維持することによって各伝
熱管５を零℃以下の一定の温度に冷却することができ
る。なお，このような冷凍サイクルに代えて冷却室９内
に冷凍機から所定温度のブラインを供給する構成として
もよい。既述のように本考案者らは特願昭62-271922号
において，水と接触する管壁温度が−5.8℃以下とはな
らない温度（ただし零度℃以下）に伝熱管８を冷却すれ
ば、水流のレイノルズ数（つまり流速や管径），冷却さ
れる前の水温，冷却後の水温等とは無関係に過冷却水が
連続的に製造できることを明らかにした。したがって，
冷却器２における伝熱管５の内壁温度がどの地点でも−
5.8℃以下とはならない温度（ただし零度℃以下）に制
御する。このようにして，水冷却器２内の伝熱管５では
凍結を起こすことなく各伝熱管の吐出口14から過冷却水
を連続流れとして取り出すことができる。

本考案においては，水冷却器２を水槽１の水面より上方
に設置すると共に伝熱管５の吐出口14をほぼ横方向に向
けて大気に開放し，この吐出口14から過冷却水の吐出流
15が水槽水面より上方においてほぼ水平方向に噴出する
ようにする。そしてこの過冷却水の吐出流15を途中で遮
る邪魔板16とこの邪魔板16から跳ね返る飛沫が伝熱管側
に飛翔するのを遮るための防護板17とからなる過冷却状
態解除装置18を水槽１の水面より上に設置する。

第２図は第１図で使用されている過冷却状態解除装置18
の全体図を示したものである。図示のようにこの装置は
その外形は底のない箱型をした単純形状のものである。
すなわち，底部に開口19を有し，縦方向に延びるスリッ
ト状の開口20をもつ前壁が前記の防護板17を構成し，後
壁（図では陰になって見えない）が前記の邪魔板16を構
成している。また天井板21および側板22,23によって周
囲が覆われ，前壁のスリット状の開口20と底部の開口19
だけをあけたボックス形状を有している。

この過冷却状態解除装置18において，邪魔板16と防護板
17が必須のものであり、その他の部材例えば側板22,23
等は必ずしも必要ではないが，天井板21等は飛沫の跳ね
返り防止に有益である。また防護壁17に設ける開口は図
示のように縦方向に延びるスリット状でなくても吐出流
15の断面形状に応じて円形や角形等の任意のものとする
ことができる。

第３図は，第２図で示したような過冷却状態解除装置18
を水槽１の上方で横方向に移動可能に設置した例を示し
ている。このために，ボックス状の過冷却状態解除装置
18の底部に車輪を取付け水槽１の上方に張り渡したレー
ル25に走行させるようにしたものである。この走行距離
は過冷却水の吐出流15が水平方向のベクトルをもってい
る間の距離とし，この走行によって水冷却器２の伝熱管
吐出口14と邪魔板16との間の距離を適宜変えれば邪魔板
16に衝突して水槽１に落下する流体の落下位置を自由に
調整できることになる。

第４図は，複数の水冷却器２の伝熱管５から吐出する複
数軌跡の過冷却水吐出流15に対してそれぞれ本考案の過
冷却状態解除装置18を設置した例を示す。本例の場合，
各伝熱管５からの吐出流15を異高レベルで水平方向に流
出させるようにすると共に，最高レベルの吐出流は最遠
で且つ最も高さの高い邪魔板によって、最低レベルの吐
出流は最近で且つ最も高さの低い邪魔板でその流れを遮
るようにしたものであり、近くの邪魔板の上を越えて次
の高さの吐出流の軌跡が飛ぶようにしたものである。こ
の場合，或る邪魔板を隣の過冷却状態解除装置の防護板
に併用することができる。

なお，以上の実施例において邪魔板16は水平方向のベク
トルをもつ過冷却水の吐出流15に対して垂直方向にその
流れを遮るように設置した例を示したが，必ずしも巣直
である必要はなく，若干の傾きを有していてもよい。

〔作用効果〕

本考案によると，過冷却水の吐出流15が邪魔板16に衝突
することによって，その衝突エネルギーが過冷却状態を
解除するエネルギーとして作用して過冷却状態が瞬時に
解除される。この瞬時の解除によって微細な氷が無数に
析出する。そして，水平方向にべクトルを持つ過冷却水
の吐出流15を遮るように邪魔板16を設置するから（実質
上垂直方向に設置するから）邪魔板16に衝突した流体は
直ちにその衝突位置から下方に落下する方向に移動する
ので衝突位置に留まることがない。したがって，過冷却
状態が解除された流体は次々に下方に移動するので，過
冷却状態解除装置内で大きな氷塊に成長するようなこと
が防止でき，氷塊の形成によって氷−水スラリーの連続
製造を妨げるような事態が回避できる。また，防護板17
によって邪魔板16から跳ね返った飛沫が伝熱管５の吐出
口14の付近に飛来することを防止するから，該飛沫が伝
熱管５の吐出口14付近に付着してこれが成長することが
防止できる。伝熱管５の吐出口14付近に氷が張りつく
と，その氷が過冷却水の流れに接して過冷却状態を解除
する引き金となり，伝熱管の凍結の原因となる。防護板
17はこれを防止する作用を果たす。

本考案は，邪魔板16と保護板17とからなる構成が極めて
単純な過冷却状態解除装置を使用したものであるが，構
成が単純であるだけに実用的効果が大きい。特に第３図
や第４図に示したような移動方式や多層方式とすると水
槽への氷−水スラリーの供給位置を一点から多数位置に
調整することができる。これによって，水面上に分散し
て氷−水スラリーを供給することができるので，水面の
１箇所の氷が集積することが防止できる。すなわち微細
な氷を水槽全体にゆきわたらせることができる。

本考案者らは数多くの実験の結果として，運転初期にお
いては水槽内の水温が高いので過冷却水が完全に解除さ
れないままで水槽に供給されても槽内では過冷却水は存
在しなくなるが，やがて水槽内の水温が零℃近くに下が
ってくると，過冷却状態が不完全解除のまま供給された
場合には水槽内にも過冷却水が存在するようになり，こ
れが水冷却器に循環されるとただちに凍結トラブルを起
こすことを知った。ただし，水槽内に氷が存在するよう
になるとこの凍結トラブル発生頻度は低下する。したが
って、水冷却器に供給する水槽内の水温が高温から徐々
に零℃近くになる状況において本 考案の装置は非常に
有効に機能する。そして本考案による過冷却状態解除装
置は構成が単純でもその解除効果は大きく，また氷を分
散して水槽に供給できるので，水槽内に過冷却水が氷と
共存して存在するようなことは実質上防止できることが
わかった。このようなことから本考案装置によると管路
内での凍結トラブルが回避できる単純構成の空調用製氷
装置が提供できるのであり，その実用面での効果は多大
のものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に従う空調用製氷装置の全体例を示す略
断面図，第２図は本考案の過冷却状態解除装置の例を示
す斜視図，第３図は本考案装置の他の例を示す略断面
図，第４図は本考案装置のさらに他の例を示す略断面図
である。 １……水槽，２……水冷却器，４……給水路， ５……伝熱管，14……伝熱管の吐出口， 15……過冷却水の吐出流，16……邪魔板， 17……飛沫の跳ね返り防止用の防護板， 18……過冷却状態解除装置。

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】水がその中を通水する伝熱管を管外壁から
   冷却するようにした水冷却器を水槽水面より上方に設置
   し，該伝熱管の吐出口をほぼ横方向に向けて大気に開放
   すると共に該水槽の水を前記伝熱管に連続供給する給水
   路を形成し、伝熱管の内壁温度を０℃以下で且つ−5.8
   ℃以上の温度に維持することによって該吐出口より零℃
   以下の過冷却水をほぼ水平方向に連続的に吐出させる構
   成とし，この過冷却水の吐出流を途中で遮る邪魔板とこ
   の邪魔板から跳ね返る飛沫が伝熱管側に飛翔するのを遮
   るための防護板とからなる過冷却状態解除装置を前記水
   槽の水面より上に設置してなる空調用製氷装置。
2. 【請求項２】前記の過冷却状態解除装置が水槽より上方
   において横方向に移動可能に設置される実用新案登録請
   求の範囲第１項記載の空調用製氷装置。